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Les innovations « bas carbone » du fret maritime

Navires marchands à voiles : utopie ou réalité ?

Anaïs Marechal, journaliste scientifique
Le 4 mai 2022 |
5 mins de lecture
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Navires marchands à voiles : utopie ou réalité ?
Cauneau-Philippe
Philippe Cauneau
ingénieur transport à l’Agence de la transition écologique (ADEME)
En bref
  • L’Organisation maritime internationale et la Commission européenne exigent des efforts de décarbonation de plus en plus importants des armateurs, et le fret maritime devrait être intégré dans le système d’échange de quotas d’émission de l’UE d’ici 2023.
  • Plusieurs technologies existent pour la propulsion à voile : le rottor de Flettner, les panneaux rigides en matériaux composites, les voiles et notamment le kite, novateur dans ce domaine.
  • Une étude estime que 40 à 45 % de la flotte mondiale (soit 37 000 à 40 000 navires) pourraient bénéficier d’une propulsion à voile d’ici 2050, en raison du moindre coût de cette technologie et de sa large disponibilité.
  • Une autre étude montre que 3 700 à 10 700 navires pourraient être équipés de systèmes de propulsion vélique d’ici 2030. Le rejet de 3,5 à 7,5 millions de tonnes de CO2 pourrait ainsi être évité en 2030.

La propulsion vélique est-elle un levier sérieux de décarbonation du fret maritime ?

Depuis 2011, nous obser­vons une émer­gence des pro­jets de propul­sion vélique dédiés à la marine marchande. Et la con­jonc­ture actuelle — notam­ment le coût très élevé de l’énergie — est de plus en plus favor­able au secteur. Le vent est une source d’énergie décor­rélée des prob­lèmes de spécu­la­tion, de sécu­rité et d’infrastructures. De plus, l’Organisation mar­itime inter­na­tionale et la Com­mis­sion européenne exi­gent des efforts de décar­bon­a­tion de plus en plus impor­tants des arma­teurs, et le fret mar­itime devrait être inté­gré dans le sys­tème d’échange de quo­tas d’émission de l’UE d’ici 2023. 

L’énorme atout de la propul­sion vélique est sa disponi­bil­ité : c’est une solu­tion idéale à court terme, et com­plé­men­taire aux car­bu­rants alter­nat­ifs à plus long terme. 15 navires dans le monde utilisent déjà des sys­tèmes à propul­sion vélique. Cer­taines tech­nolo­gies sont matures, comme les rotors Flet­tner, et d’autres seront très prochaine­ment testées. Par exem­ple, la start-up nan­taise Airseas teste son kite depuis décem­bre 2021 sur un navire affrété par Air­bus entre la France et les États-Unis. Zéphyr & Borée prévoit de met­tre à l’eau cette année son car­go à voile Canopée, qui trans­portera le futur lanceur Ari­ane 6 depuis la métro­pole jusqu’en Guyane.

©Airseas

Vous évoquez plusieurs technologies : concrètement, en quoi consiste la propulsion vélique ?

Il y a un véri­ta­ble foi­son­nement d’innovations et de solu­tions tech­niques. La solu­tion la plus mature est le rotor Flet­tner, décou­verte en 1924. Depuis 2010, la firme Ener­con a démon­tré que cette tech­nolo­gie est com­pat­i­ble avec les con­traintes du fret mar­itime. Les rotors néces­si­tent une mise en rota­tion à l’aide d’une autre source d’énergie, un moteur ou un énorme ven­ti­la­teur dans le cas des pro­fils aspirés. Actuelle­ment, des groupes élec­trogènes fonc­tion­nant au fioul sont util­isés à bord pour pro­duire cette énergie, et on pour­rait imag­in­er à l’avenir des car­bu­rants alternatifs. 

Il existe égale­ment d’autres tech­nolo­gies de propul­sion vélique fonc­tion­nant unique­ment avec l’énergie du vent. Les ailes clas­siques sou­ples en tis­su, comme sur les vieux grée­ments tels que le trois-mâts Belem, vieil­lis­sent rapi­de­ment et ne sont pas très per­for­mantes. Aujourd’hui les arma­teurs se tour­nent plutôt vers des pan­neaux rigides, en matéri­au com­pos­ite, ou encore vers les pro­fils épais qui ressem­blent à une aile d’avion. 

Tous ces sys­tèmes sont situés sur le pont du navire, et néces­si­tent donc d’y dédi­er de l’espace. L’une des dernières solu­tions explorées est le kite : l’aile est cette fois aéri­enne. C’est assez nova­teur et cette tech­nolo­gie est en cours de développement.

Tous les navires peuvent-ils être équipés, et notamment atteindre une propulsion 100 % éolienne ?

Il est pos­si­ble d’équiper dès aujourd’hui les navires exis­tants, on par­le de rétro­fit. Une étude 1 estime que 40 à 45 % de la flotte mon­di­ale (37 000 à 40 000 navires) pour­raient en béné­fici­er d’ici 2050, en rai­son du moin­dre coût de cette propul­sion et de sa large disponi­bil­ité. Le vent sera pour la majorité des cas une énergie aux­il­i­aire, dimin­u­ant en par­tie le recours au moteur ther­mique de ces navires.

De nou­veaux navires sont à con­stru­ire pour attein­dre une propul­sion presque entière­ment vélique (ils embar­queront tou­jours un moteur pour sécuris­er l’approche por­tu­aire). Cette per­for­mance ne peut être atteinte que pour des navires conçus pour cet usage, et non en rétro­fit : leur coque doit inté­gr­er des sys­tèmes anti­dérive liés à l’usage de voiles, et le posi­tion­nement des mâts doit respecter l’équilibre des mass­es et l’accès aux espaces à car­gaisons par les ser­vices por­tu­aires. Le car­go à voile Neo­line, en cours de développe­ment, sera équipé de qua­tre mâts assur­ant 90 % du besoin énergé­tique de sa propulsion.

©Neo­line

Plus le navire est lourd, plus la puis­sance néces­saire pour le déplac­er est impor­tante. La propul­sion vélique a du sens sur les navires de taille inter­mé­di­aire — jusqu’à 200 mètres de long — à une vitesse d’environ 15 nœuds. À titre de com­para­i­son, un porte-con­teneurs peut mesur­er jusqu’à 400 mètres et nav­iguer à 20 nœuds.

Déployer la propulsion vélique à grande échelle demandera donc une réorganisation du commerce maritime ?

Oui, le con­cept de mas­si­fi­ca­tion à l’aide de porte-con­teneurs et hubs logis­tiques est dépassé. La propul­sion vélique adresse de nou­veaux seg­ments, comme le trans­port longue dis­tance de marchan­dis­es sur des navires de taille inter­mé­di­aire. Ils peu­vent faire escale dans plus de ports, notam­ment sec­ondaires : cela per­met d’acheminer la marchan­dise au plus proche du con­som­ma­teur et de réduire le pré- et post-achem­ine­ment, générale­ment effec­tué par trans­port routi­er. La vitesse est égale­ment réduite : le car­go Neo­line nav­iguera à une vitesse moyenne de 11 nœuds. Cela n’empêche pas des chargeurs comme Man­i­tou et Beneteau de man­i­fester leur intérêt. C’est une chaîne logis­tique vertueuse, et les con­som­ma­teurs doivent en être acteurs en accep­tant des délais d’acheminement plus longs pour éviter un effet rebond. 

Un autre change­ment con­cerne le mode de nav­i­ga­tion. La propul­sion vélique a besoin de vent… il fau­dra par­fois mod­i­fi­er les routes mar­itimes pour en tir­er par­ti. Les équipages peu­vent pour cela s’appuyer sur le routage mar­itime — prenant en compte les con­di­tions météorologiques — indis­pens­able aux solu­tions véliques. Mais les arma­teurs ne sont pas habitués à ce type de nav­i­ga­tion, et il existe un frein psy­chologique. Il faut enfin not­er que la propul­sion vélique est plus favor­able sur les routes transat­lan­tiques nord, et moins à la nav­i­ga­tion entre l’Europe et l’Asie.

Quel est son potentiel de décarbonation ?

Nous ne le con­nais­sons pas pré­cisé­ment. Une étude 2 mon­tre que 3 700 à 10 700 navires pour­raient être équipés de sys­tèmes de propul­sion vélique d’ici 2030. Le rejet de 3,5 à 7,5 mil­lions de tonnes de CO2 pour­rait ain­si être évité en 2030. Nous pou­vons égale­ment nous appuy­er sur l’estimation du poten­tiel de rétro­fit des navires exis­tants pro­duite pour le gou­verne­ment du Roy­aume-Uni (37 000 à 40 000 navires) 3 : si la propul­sion vélique per­met d’économiser 10 % de car­bu­rant, on obtient une réduc­tion glob­ale de la con­som­ma­tion de l’ordre de 3 %. 

Mais l’incertitude majeure con­cerne le gain énergé­tique réel des sys­tèmes. Il n’existe aucun stan­dard pour mesur­er les per­for­mances, seuls les fab­ri­cants four­nissent une esti­ma­tion du gain apporté par leur solu­tion. Sur cette base, on estime ain­si que le gain d’énergie asso­cié aux rotors Flet­tner est d’environ 8 %, jusqu’à 20 % pour le kite ou encore jusqu’à 30 % pour les pro­fils épais. Mais ce sont des mesures théoriques : nous man­quons aujourd’hui de mesures en nav­i­ga­tion ain­si que d’un stan­dard, comme une norme ISO. C’est un enjeu impor­tant, qui per­me­t­trait aux arma­teurs d’évaluer pré­cisé­ment le retour sur investisse­ment de ces solu­tions de décarbonation.

1Bell M. et al., Reduc­ing the mar­itime sector’s con­tri­bu­tion to cli­mate change and air pol­lu­tion, Eco­nom­ic oppor­tu­ni­ties from low and zero emis­sion ship­ping. A report for the Depart­ment for Trans­port, Fron­tier Eco­nom­ics, juil­let 2019, 51 p.
2CE Delft, novem­bre 2016, Study on the analy­sis of mar­ket poten­tials and mar­ket bar­ri­ers for wind propul­sion tech­nolo­gies for ships
3Bell M. et al., Reduc­ing the mar­itime sector’s con­tri­bu­tion to cli­mate change and air pol­lu­tion, Eco­nom­ic oppor­tu­ni­ties from low and zero emis­sion ship­ping. A report for the Depart­ment for Trans­port, Fron­tier Eco­nom­ics, juil­let 2019, 51 p.